电容充电
二、MOS集成电路中的电容器
MOS集成电路中的电容器几乎都是平板电 容器。平板电容器的电容表示式： C = εoεox/toxWL =C0WL εo、εox、tox由材料性质以及绝缘层的厚度 决定，绝缘层越薄单位电容越大。 式中W和L是平板电容器的宽度和长度，二 者的乘积即为电容器的面积。
N阱电容的优缺点
单位电容值大
电容值随上极板（多晶硅栅）上的
电压改变而改变 N阱与P型衬底之间形成平行极板， 产生寄生电容
由于扩散电容的结构与MOS管相似，
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可以将MOS管的栅源漏电极进行适当 连接构成有源电容，起扩散电容的作 用 MOS管的沟道面积即为电容面积
（2）同质材料电容器

多层金属平板垂直地堆叠在一起，从上至 下，每两层金属之间都存在电容；
奇数层金属连接一起作为一个电极，偶数 层金属连接一起作为另一个电极

电容的寄生效应

任何时刻，只要有一块导电材料跨过另一 块导电材料且二者之间还存在电介质，就 会形成一个电容器；
这种不希望存在却偏偏存在的电容称为寄 生电容；



多晶硅-多晶硅电容
实际的多晶硅-多晶硅电容版图 电容标示层 第一层多晶硅（多晶硅1） 第二层多晶硅（多晶硅2） 金属1 多晶硅1与金属1接触孔 多晶硅2与金属1接触孔
多晶硅-扩散区电容

假如某集成电路制造工艺只能制备单层多晶 硅，那么该工艺可制造多晶硅-扩散区电容。

减小电介质的厚度 但当电介质厚度减小时，其内部电场强度会 增加，太大的电场会导致介质击穿，从而隔离 失效。

平板电容
计算出的电容值略小于实际值： 实际上，电容不仅存在于两平板之间，在平板边缘 也存在电场（边缘效应）。

边缘电容
由于边缘效应而产生的电容。存在于极板的四个边。 边缘效应的存在相当于增大了平板面积。
理想平板电容器的电场线是直线，但实际 情况下，在靠近边缘地方的会发生弯曲， 越靠近边缘，弯曲越严重。称为极板边缘 效应。 极板边缘处的电场分布不均匀，造成电容 的边缘效应，这相当于在电容里并联了一 个附加电容。

由于集成电路中电容器上下极板交错
分布，面积不等，极板边缘效应更加 明显 为了减小边缘电容的影响，版图设计 中尽量不拆分电容
1、基本电容版图
下极板
引线孔 上极板

注意，集成电路中电容值的计算，应计算 有效极板面积。即上、下极板之间重叠的 面积
2、MOS集成电路中常用的电容：

（1）扩散电容
单层多晶工艺使用的方法。淀积多晶硅前先掺
杂下电极板区域，再生长栅氧化层和淀积作上 电极的多晶硅 多晶硅-扩散区电容器；N阱电容
电容
一、电容概述


电容器：能够存储一定量电荷(一定数目电子)的器件。 电容：电容器储存电荷的能力。 单位：法拉（F）
两块导电材料中间存在绝缘介质就会形成电容
分立器件形式的电容
分类
陶瓷电容 云母电容 玻璃膜电容 纸质电容 铝电解电容 钽电容

电容


Q CV
C为电容，法(F)。1F是一个非常大的电容值。 大多数分立电路使用的电容都在几皮法(1pF=10-12 F) 至几千微法(1μF=10-6F)范围内。

版图设计中，尽量减小寄生电容；
尽量不要让其他导线从电容上跨过；
电容的匹配规则

匹配电容的图形要尽量相同

精确匹配电容的尺寸应该采用正方形
匹配电容的大小要适当 匹配电容要近邻摆放


电容的匹配规则

利用阵列结构拆分大电容来实现对称性， 阵列结构应该共质心，并在阵列电容的周 围设置虚拟电容 精确匹配的电容应该进行静电屏蔽，如果 没有静电匹配，则不应该在电容上方布线 匹配的电容应尽量放置在低应力区，并远 离功率器件

如果平板尺寸远大于电介质厚度，边缘效应可被忽 略
电容的分类
集成电路中电容主要包括：


多晶硅-多晶硅电容
多晶硅-扩散区电容


金属-多晶硅电容
金属-金属电容
多晶硅-多晶硅电容

双层多晶硅电容，利用多晶硅材料作为电 容的上下平板，场氧化层做电介质； 对多晶硅进行重掺杂，以降低电阻率； 多晶硅-多晶硅电容制作在场区，场氧化层 较厚，将电容和衬底隔开，故其电容的寄 生参数小，且无横向扩散影响。
分别使用两层金属或两层多晶硅作
为电容器的上下极板，氧化层作为 绝缘介质 金属电容；双多晶硅电容 能够有效减小寄生电容，但金属电容 器单位电容值较小，
（3）叠层电容器
利用metal1或第二层多晶硅覆盖在
第一层多晶硅之上形成第三层极板， 增大电容值。 金属-多晶硅-扩散区电容
3、电容值误差——边缘电容
平板电容

集成电路是平面加工工艺，所以在集成电路中，所 有的电容都是平板电容。
由两块导电平板构成，两块导电平板被称为电介质 的绝缘材料隔开，电荷就储存在这个电介质中。

平板电容
A 0 平板电容的电容值： C t

获得大的电容： 利用介电常数大的材料； 减小电介质的厚度。
平板电容
利用介电常数大的材料 某些材料，如钛酸锶钡的相对介电常数可达 几千，但其制作成本太高，应用范围有限。


该电容上极板为多晶硅，下极板为扩散区。
扩散区可以是有源区，也可以是N阱。

多晶硅-有源区电容，多晶硅-N阱电容
金属-多晶硅电容

多晶硅作为电容的下极板，金属作为电容 的上极板； 与多晶硅-多晶硅电容相似； 制作在场区，由于场氧化层的存在，使下 极板多晶硅与衬底之间的寄生电容较小；

金属-金属电容

上下极板都是金属构成； 不存在PN结，消除了结电容，对电压的依 赖消失； 精度高，匹配性好；


须确保上下两层金属不能短路；
金属-金属电容

需要一层较厚的电介质材料来隔离不同的 金属层；

由于金属层之间距离增加，为得到和其他 电容相同的电容值，金属板的面积将大大 增加；
金属-金属电容

为减小金属-金属电容所占面积，可制备叠 层金属电容；
关于实验
一次版图分析实验，三次版图设计实验 版图分析实验报告应有实验结果为分析所 得电路。最好分析出电路功能 版图设计实验报告应有实验结果为版图照 片截图、验证结果截图